煤质分析化验.ppt

煤质分析化验 有机质主要由碳 氢 氧 氮 硫等元素 碳和氢占有机质的95 以上 矿物质主要是碱金属 碱土金属 铁 铝的碳酸盐 硫酸盐 磷酸盐及硫化物 除硫化物外 其它的矿物质不能燃烧 使煤的可燃比例减小 影响煤的发热量 1 1煤的组成 由有机质 矿物质和水三部分组成 有机质和部分矿物质是可燃的 水和大部分矿物质是不可燃的 1 2煤质化验的流程采样 破碎 干燥 制样 实验分析 采样 是指从特定量的煤中取出一部分有代表性的总样 以供确定该特定量煤的质量的过程 采样目的 为了采取具有代表性的样品 以样品的品质 特性推断整批煤的品质 特性 一 采样 采样方法 五点取样法 按对角线取五个点 不要表层 每点一铁锹共取一桶 使取的煤样尽量具有代表性 随机取样 将取的的煤样拌匀 分选 最后留下一公斤左右作为待化验煤样 采样原则 采样方法不能有系统偏差 样品必须有一定数目的子样组成 所采子样的质量必须合乎要求 采样时要注意安全 采样头 二 破碎 用破碎机将煤样破碎至6毫米以下 用二分器缩分 对锟式破碎机 三 干燥 根据原煤的含水程度 用干燥箱干燥煤样颗粒 并做出全水分析 电热恒温鼓风干燥箱 四 制样 用密封式制样机制成0 2毫米以下煤样 五 实验分析 煤的分析检验 根据目的不同 一般可分为 1 工业分析2 元素分析3 其它分析 物理性质 工艺性质和煤灰成分分析等 1 工业分析煤的工业分析又叫技术分析或实用分析 是评价煤的基本依据 半工业分析 水分 灰分 挥发分和固定碳的测定全工业分析 水分 灰分 挥发分 固定碳 发热量和硫的测定 煤中主要含有碳 氢 氧 氮 硫等元素 此外 煤中还含有许多放射性和稀有元素如铀 锗 镓等 元素分析的结果是对煤进行科学分类的主要依据 在工业上 是计算发热量 干馏产物产率 热量平衡的依据 煤中的稀有元素很多 但一般是指有提取价值的锗 镓 铀 钒 钽等元素 除硫外 煤中还含有一些有害元素 如磷 氯 砷 氟 汞等 可以根据需要进行检测 2 煤的元素分析 3 其他分析 煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现 包括颜色 光泽 密度 硬度 脆度 断口及导电性等 1 2煤的工业分析 一 常用的符号和基准二 水分的测定三 灰分的测定四 挥发分产率的测定五 固定碳含量的计算六 全硫的测定七 发热量的测定 一 常用的符号和基准 1 分析项目的名称及表示符号 C H O N S及煤灰中化学成分等仍以元素名称为代表符号 煤中的水分属杂质组分 在煤的燃烧过程中 水分受热逸出除降低热值外还能与燃烧气中的一些组分互相作用 产生对设备 管道 触媒 催化剂 等造成损害的物质 如SO2与H2O作用生成H2SO3等 因此煤中水分的含量将影响煤质的质量 是经常要进行检验的项目之一 二 水分的测定 一 煤中水分的存在形态 分为两类 化合水 游离水 煤的工业分析中只测试游离水 不测化合水 1 化合水 以化合方式和煤中矿物质结合的水 即通常所说的结晶水 例如硫酸钙 CaSO4 2H2O 高岭土 Al2O3 2SiO4 2H2O 中的结晶水 结晶水要在200 以上才能分解析出 2 游离水以物理状态 如附着 吸附等形式 和煤结合的水 根据存在的不同结构状态 分为外在水分和内在水分 外在水分 Mf 是指煤在开采 运输 储存和洗选过程中润湿在煤的外表及大毛细孔 直径 10 5cm 中的水分 此水分在空气中风干1 2天就能蒸发而失去 内在水分 Minh 是指吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔 直径 10 5cm 中的水分 这部分水分较难蒸发 需要在高于正常沸点的温度下才能除去 二 全水分Mt的测定 全水分 是指煤中全部的游离水 即煤中外在水分和内在水分之和 测定方法 A 通氮干燥法B 空气干燥法C 微波干燥法 操作 用预先干燥并称量过的称量瓶迅速称取10 12g粒度小于6mm的煤样 打开称量瓶盖 放入预先通入干燥氮气并已加热到105 110 的干燥箱中 烟煤干燥1 5h 褐煤和无烟煤干燥2h 取出后盖上盖子 放入干燥器中冷却至室温后称量 再干燥后称重 直到连续两次干燥后的质量相差不超过0 01g为止 根据煤样的质量损失计算水分的含量 方法A 通氮干燥法 适用于各种煤 式中Mt 煤样的全水分 m 煤样的质量 g m1 煤样干燥后减轻的质量 g 将称量瓶放入预先鼓风并已加热到105 110 的干燥箱中 在鼓风条件下烟煤干燥2h 无烟煤干燥3h 其它步骤同上 方法B 空气干燥法 适用于烟煤和无烟煤 方法C 微波干燥法 适用于烟煤和褐煤 煤样在微波炉内 利用微波发生器产生的交变电场作用 引起摩擦发热 使水分迅速蒸发 特点 受热均匀 水分蒸发快 不适用于无烟煤和焦炭等导电性较强的试样 三 分析水Mad的测定 分析水 空气干燥基水分 指煤在空气干燥状态下所含的水份 也就是内在水分 空气干燥煤样 粒度小于0 2mm 与周围空气湿度达到平衡的煤样 样品制备 将粒度小于0 2mm煤样 在20 和相对湿度70 的空气下连续干燥1小时后质量变化不超过0 1 即认为已达到空气干燥状态 称取样品1 0 1g 105 110 烟煤干燥1h无烟煤干燥1 5h 冷却 检查性试验至恒重 称取样品1 0 1g 145 5 烟煤 无烟煤干燥10min 褐煤1h 冷却 检查性试验至恒重 1 常规测定法 适用于烟煤和无烟煤 2 快速测定法 适用于烟煤 无烟煤和褐煤 Mad 分析水m1 煤样干燥后失去的质量 gm 煤样的质量 g 三 灰分的测定 煤的灰分来自煤中的矿物质 灰分是煤中的无用物质 灰分越低媒质越好 煤的灰分是煤完全燃烧后剩下的残渣 是煤中矿物质在煤燃烧过程中经过分解 化合反应后的产物 用符号A表示 测定方法 缓慢灰化法 仲裁法 快速灰化法 常规分析方法 1 当温度在400 左右时 主要反应 1 化学反应 高温灼烧法 灰分的测定 二 2 当温度在500 左右时的主要反应 3 当温度在600oC左右时 3 当温度高于700 时 煤中的碱金属氧化物和氯化物部分发生分解 待温度达到800 时分解反应基本完成 因此煤的灰分测定温度规定为 815 10 2 缓慢灰化法 1 灰皿 2 测定过程 称取分析煤样1 0 1g 于已经在815 10 灼烧恒量的灰皿中 轻微振动 使样品分散为均匀的薄层 置温度低于100 的高温炉中 在炉门留有约15mm左右的缝隙供自然通风 控制加热速度 使炉温在30min左右缓慢升高至500 并保持此温度30min 然后 升高温度至815 10 关闭炉门 在此温度下继续灼烧1h 取出灰皿 于干燥器中冷至室温 约20min 称量 然后进行检查性灼烧 每次进行20min 直到煤样的质量变化小于0 001g时为止 取最后一次质量计算 灰分 15 的样品 可不必进行检查性灼烧 3 计算 m 煤样的质量 g m1 灼烧后残渣质量 g 4 快速灰化法 用快速灰分测定仪进行测定 仪器由管式电炉 传送带和控制仪组成 优点 与普通马弗炉相比 测定速度快 连续自动传送 速度可调的优点 测定效率是马弗炉的4 5倍 能耗为马弗炉的三分之一 15 50min 缺点 误差较缓慢灰化法大 一般情况下 应将快速灰化法的测定结果与缓慢灰化法进行比较 在允许误差内才可使用 5 灰分测定的允许误差 四 挥发分产率的测定 将煤放在与空气隔绝的容器内 在高温下经一定时间加热后 煤中的有机质和部分矿物质分解为气体释出 由减小的质量再减去水的质量即为煤的挥发分 V 因为煤中可燃性挥发分不是煤的固有物质 而是在特定条件下 煤受热的分解产物 因此所测的结果应称为挥发分产率 1 主要仪器设备 1 坩埚坩埚盖外缘槽形 此槽正好盖在坩埚口的外缘上 在盖内边有凹处 以备挥发释出 用镍铬丝制成 其规格以能放置6个坩埚为好 大小应与炉内900 10 稳定温度区相适应 放在架上的坩埚底部应与炉堂底距离20 30mm 2 坩埚架 2 测定过程 称取分析煤样1 0 01g 精确至0 0001g 于已在900 10 灼烧恒量的专用坩锅内 轻敲坩埚使试样摊平 然后盖上坩埚盖 置于坩埚架上 迅速将坩埚架推至已预先加热至900 10 的高温炉的稳定温度区内 并立即开动秒表 关闭炉门 3min内回复炉温 准确灼烧恰好7min 迅速取出坩埚架 在空气中放置5 6min 再将坩锅置于干燥器中冷却至室温 称量 计算挥发分产率 3 计算 式中m 煤料的质量 g m1 样品加热后减少的质量 g 4 注意事项 当打开炉门 推入坩埚架时 炉温可能下降 但是在3min内必须使炉温达到900 10 否则试验作废 从加热至称量都不能揭开坩埚盖 以防焦渣被氧化 造成测定误差 空冷时间适宜 防止焦渣吸水 每次测定后 坩埚内常附着一层黑色碳烟 应灼烧除去后再使用 5 测定挥发分产率的允许误差 五 固定碳含量的计算 固定碳 是指除去水分 灰分和挥发分后的残留物 用符号FCad表示 固定碳的化学组分 主要是C元素 另外还有一定数量的H O N S等其它元素 固定碳含量 一般不直接测定 而是通过计算得到 FCad 100 Mad Aad Vad 六 全硫的测定 1 煤中硫的分类按存在形式无机硫 硫化物 硫酸盐 有机硫 硫醚 硫醇 噻吩类杂环硫化物等 单质硫根据燃烧性分类可燃硫 有机硫 硫铁矿硫和单质硫 不可燃硫 固定硫 硫酸盐硫 2 全硫 煤中各种形态硫的总和叫做全硫 记作St 一般工业分析中只测全硫 不要求分别测定无机硫和有机硫 全硫的测定方法有 艾士卡质量法 燃烧法 弹筒法等 燃烧法是快速方法 而艾士卡法至今仍是全世界公认的标准方法 3 艾氏卡质量法1 原理将煤样与艾氏卡试剂 2份质量的MgO 1份质量的Na2CO3 混合于850 下燃烧 使各种形态的硫都转化成可溶于水的硫酸盐 然后用硫酸钡重量法测定硫酸根含量MgO作用 MgO能疏松反应物 使空气能进入煤样 同时也能与SO2和SO3发生反应 2Na2CO3 2SO2 O2 2Na2SO4 2CO2Na2CO3 SO3 Na2SO4 CO22MgO 2SO2 O2 2MgSO4Na2CO3 CaSO4 Na2SO4 CaCO3 煤 空气 CO2 H2O SO2 SO3 N2 2 测定步骤 熔样在30ml坩埚内称取粒度小于0 2mm的空气干燥煤样1g 精确至0 0002g 与2g艾氏卡试剂混匀 再用1g艾氏卡试剂覆盖 将坩埚移入马弗炉中 在1 2h内从室温逐渐加热到800 850 在该温度下保持2h 取出坩埚 冷却到室温 用玻璃棒把熔块搅碎 熔块中应无残炭颗粒 如果有 则再送入炉中加热30min 熔块浸取将熔块连同坩埚一并放入400mL烧杯中 用热蒸馏水洗出坩埚 加入100 150mL热蒸溜水 充分搅拌使熔块散碎 煮沸约5min 此时如果发现有未燃烧完全的黑色颗粒漂浮在溶液表面 则此次试验报废 用定性滤纸滤出不溶物 收集滤液在烧杯中 再用热蒸馏水吹洗不溶物 吹洗时应注意每次加水要少些 多吹洗几次 约12次 最后溶液体积不超300mL 调整试液酸度在滤液中滴加甲基橙 2g L水溶液 指示剂3滴 然后用HCl溶液 1 1 调节酸度 先调至甲基橙的黄色刚转为红色 然后再多加2mLHCl溶液 1 1 沉淀 恒量把烧杯溶液加热到微沸 在不断搅拌下 慢慢滴加10mLBaCl2溶液 100g L 在电热板上保温2h 或放置过夜 用定量滤纸过滤 用热蒸馏水洗至无Cl 将沉淀和滤纸正确折叠放在850 下已恒量的坩埚中进行干燥 灰化至滤纸已无黑色 然后放在850 的高温炉中灼烧40min 取出 中冷到室温 称量 3 测定流程 熔块浸取 调整试液酸度 灼烧至恒重 沉淀 过滤 洗涤至无氯离子 灰化 熔样 4 结果计算 m 煤样质量 g m1 灼烧后硫酸钡的质量 g m2 空白试验硫酸钡的质量 g 0 1374 由硫酸钡换算为硫的换算因数 5 测定全硫的允许误差 1 发热量的定义及单位 煤的发热量或热值是指单位质量的煤完全燃烧 当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时 室温 所放出的热量 用Q表示 单位 J g kJ kg或MJ kg表示 1cal 4 1816J 七 发热量的测定 弹筒发热量高位发热量低位发热量 2 发热量的分类 1 弹筒发热量 Qb 是指单位质量的煤样在量热计和弹筒内 在过量的高压氧气条件下 初始压力为27 35大气压 燃烧后产生的热量 也就是用弹筒量热计实测出的热量 煤中原有的水和氢元素燃烧生成的水冷凝在弹筒中 氮被氧化为NO2或N2O5 硫被氧化为SO3 它们溶于水也会产生热量 因此煤在弹筒中燃烧要比在空气中燃烧时产生的热量多 所以又称为 最高发热量 2 高位发热量 Qgr 高位发热量是指煤在大气中燃烧时产生的热量 此时煤中的硫只生成SO2 氮是游离状态N2 水呈液态冷凝 常温约25 3 低位发热量 Qnet 低位发热量是指煤在工业窑炉中燃烧时所产生的热量 煤在工业窑炉中燃烧时 煤中水分和氢生成的水蒸汽随烟道气进入大气中 此时燃料燃烧放出的热量一部分被水气化所吸收 故热值降低 3 煤的发热量的测定 测定发热量的通用方法是 氧弹式量热计法 1 原理取一定量的分析煤样在充满高压氧气的弹筒 浸没在装一定质量的水的容器 俗称内筒 内完全燃烧 生成的热被水吸收 水温升高 由水升高的温度 计算样品的发热量 2 仪器及设备氧弹 内筒 外筒 量热温度计 精度为0 001 的贝克曼温度计 点火装置等 测定步骤称取粒度小于0 2mm的空气干燥煤样1g 精确至0 0002g 置于燃烧皿中 用已知质量点火丝连